[재미있는 전자상식] 캐시메모리

캐시메모리를 설명하려면 우선 PC 하드웨어의 중심구조라 할 수 있는 중앙연산처리장치(CPU)와 D램(Dynamic RAM)으로 구성되는 기본메모리(Main Memory)의 관계를 살펴볼 필요가 있다.

PC의 가장 기본적인 동작은 CPU와 기본메모리가 서로 데이터를 주고 받는 것이다. 여기서 문제는 두 장치 사이의 데이터 처리속도가 엄청나게 차이가 난다는 점이다. 예컨대 초당 3천3백만번을 진동하는 인텔사의 33MHz 386DX프로세서의 경우 하나의 명령을 수행하는데 전체적으로 4~5Hz의 클럭이 필요하다.

그런데 CPU가 이런 속도로 접근할 경우 속도가 느린 기본메모리는 도저히 여기에 응대할 수 없게 된다. 결과적으로 CPU는 메모리에 보낸 진동신호(클럭)가 처리돼 돌아오기 까지 상당시간을 대기해야 하는 사태가 벌어져 3~4클럭만에 처리할 수 있는 일도 7~8클럭에 하게된다. 이 때문에 시스템의 처리속도가 전체적으로 1.5~2배가 자체된다고 한다. 엄청난 자원 낭비가 아닐수 없다.

바로 여기서 캐시메모리(Cache Memory)의 존재가 등장한다. 캐시는 CPU와 기본 메모리 즉 D램 사이에 위치해서 두 장치간 처리속도를 CPU수준으로 높여주는 역할을 한다. 이같은 역할은 캐시가 D램에 비해 월등한 처리속도(즉 접근속도)를 갖는 S램(Static RAM)으로 구성돼 있기 때문이다. 그렇다면 D램 부분을 처음부터 S램으로 대체하면 될 것아니냐는 의문이 생길 법도 하다.

그러나 사실은 그렇게 간단치 않다. S램은 같은 용량과 속도가 표시된 D램에 비해 적게는 5배 많게는 10배까지 비싸다. 더욱 CPU와 기본메모리 사이에서는 약간의 캐시메모리만 있으면 속도의 지체는 일어나지 않으므로 많은 량의 고가의 S램은 더욱이 필요가 없는 것이다.

최근의 반도체 기술은 발전에 발전을 거듭, D램은 기존 S램에 버금가는 속도를 실현했는가 하면 S램은 속도는 더욱 빨라지도록 개선돼가고 있다고 한다. EDO램(Extended Data Output RAM)과 SD램(Synchronous Dynamic RAM) 등은 속도가 개선된 대표적인 메모리들이다. 참고로 16MB의 EDO램과 펜티엄 1백MHz프로세서가 채택된 PC에서 2백56KB의 캐시메모리를 사용했을 때와 사용하지 않았을때의 전체 시스템 성능 차이는 15% 가량이 된다는 측정치가 보고된바 있다.

<서현진 기자>